(57)【要約】【課題】  石炭燃焼発電装置で低級炭が燃焼される場合に、煙道ガス中の元素水銀のレベルを低下させる。【解決手段】  燃焼装置（１２）における石炭の燃焼による煙道ガス中の放出物を削減するための方法は、燃焼装置の一次燃焼ゾーン（２６）で石炭を燃焼させる過程と；燃焼から出る元素水銀を煙道ガス中に放出する過程と；煙道ガス中にＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ及びＮＨ４Ｉ（３６）を噴射する過程と；添加剤からのハロゲンによって元素水銀を酸化する過程と；石炭の燃焼により生成される酸化水銀を煙道ガス中の吸着剤によって吸着する過程と；燃焼廃棄物処理システム（３２）で、吸着剤を酸化水銀と共に回収する過程とを含む。【選択図】  図１
2005230810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置（１２）における石炭の燃焼による煙道ガス中の放出物を削減するための方法において、
ａ．前記燃焼装置の一次燃焼ゾーン（２６）で石炭を燃焼させることと；
ｂ．燃焼から出る元素水銀を煙道ガス中へ放出することと；
ｃ．ハロゲンを含有する添加剤（３６）を煙道ガス中へ噴射することと；
ｄ．前記ハロゲンを含有する添加剤から出るハロゲンによって元素水銀を酸化することと；
ｅ．石炭の燃焼により生成された酸化水銀を煙道ガス中の吸着剤によって吸着することと；
ｆ．燃焼廃棄物処理システム（３２）で、前記吸着剤を水銀と共に回収することとから成る方法。
【請求項２】
前記ハロゲンを含有する添加剤（３６）は、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ及びＮＨ４Ｉより成る群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項３】
石炭は、塩素含有量の少ない石炭から成る請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記塩素含有量の少ない石炭は、Powder River Basin炭又は褐炭である請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記塩素含有量の少ない石炭は、１００百万分率（ｐｐｍ）未満の塩素を有する請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記燃焼廃棄物処理システムは粒子制御装置（３２）を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記吸着剤はフライアッシュであり、前記酸化水銀は前記フライアッシュに吸着される請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記吸着剤は活性炭であり、前記酸化水銀は前記活性炭に吸着される請求項１記載の方法。
【請求項９】
ＨＣｌ、ＨＢｒ又はＨＩを生成するために、前記ハロゲンを含有する添加剤（３６）を煙道ガスによって加熱することと、ＨＣｌ、ＨＢｒ又はＨＩによって前記元素水銀を酸化することとを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
炭素を過剰に含有するフライアッシュを生成するために、前記一次燃焼ゾーンの下流側でオーバーファイア空気（２０）を噴射することを更に含み、前記吸着剤は前記フライアッシュである請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭の燃焼に関し、特に、石炭の燃焼中に生成される煙道ガス中の水銀（Ｈｇ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の削減に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭の燃焼から出る放出物は、窒素の酸化物（ＮＯｘ）や、水銀（Ｈｇ）などの揮発性金属を含む可能性がある。石炭燃焼ボイラ及び他の工業用石炭燃焼システムから出る気体放出物の中のＨｇ及びＮＯｘ削減は、長年にわたり要求されてきた。
【０００３】
石炭の燃焼中に水銀が揮発するにつれて、燃焼により生成される煙道ガスの中に、揮発した水銀が侵入する。揮発した水銀の一部は、石炭のフライアッシュにより捕捉され、微粒子回収システムにより除去されることが可能である。微粒子回収システム又は他の何らかの制御システムにより捕捉されなかった揮発水銀は、石炭ボイラから出る排煙と共に、大気中へ放出される。煙突から排煙が放出される前に、煙道ガス中の水銀をできる限り多く捕捉することが望ましい。
【０００４】
石炭の燃焼中、水銀は元素水銀（Ｈｇ０）として揮発する。酸化水銀（Ｈｇ＋２）は、元素水銀より容易に放出物制御装置により回収される。水銀を酸化することは、水銀を捕捉し、煙道ガスから水銀を除去するための周知の技法である。煙道ガスが冷却されるにつれて、水銀の一部は塩素により酸化される。塩素は石炭の中に存在しており、燃焼中に放出される。煙道ガス中の酸化水銀（Ｈｇ＋２）の大部分は、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）として存在している。水銀の酸化は、燃焼気相反応の中で、フライアッシュの表面において起こる。フライアッシュの表面における水銀の酸化は、主な水銀酸化の例である。
【０００５】
酸化水銀（ＨｇＣｌ２又はＨｇ＋２）は水溶性であり、炭素含有量の多いフライアッシュ又は活性炭に容易に吸着される。フライアッシュにより捕捉された酸化水銀は、フライアッシュと共に回収され、且つ微粒子回収システムを経て除去されてもよい。酸化水銀は、二酸化イオウ（ＳＯ２）放出物を制御するために使用される湿式スクラバーによっても容易に除去される。一般に、煙道ガス中の水銀の大部分が酸化された場合に、水銀の制御は最も効果的に実行される。
【０００６】
水銀放出物の制御が複雑になるのは、煙道ガス中に水銀がいくつかの異なる形態で存在するためである。例えば、水銀は、元素水銀（Ｈｇ０）及び酸化水銀（Ｈｇ＋２）などの形態で存在する。燃焼プロセスを通して、水銀は形態を変える。水銀放出物を有効に制御するためには、制御システムは、煙道ガスの流れの中で制御システムが配置されている場所において、煙道ガス中の水銀がどの形態又は種分化をとっているかを考慮しなければならない。更に、水銀放出物を制御することで、発電装置により排出される排煙の中のＮＯｘが削減されれば有益であろう。
【特許文献１】米国特許第６，２８０，６９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Powder River Basin（パウダー川流域）産出の石炭（以下、ＰＲＢと略す）及び褐炭などの低級炭を燃焼させるボイラの水銀放出制御が特に必要とされる。それらの低級炭は、特に合衆国においては、石炭エネルギー市場の重要な部分を占める。それらの低級炭のイオウ含有量は少ない場合が多く、そのため、ＳＯ２の放出は最小限に抑えられる。低級炭の塩素（Ｃｌ）含有量は少なく、低級炭の中に、Ｈｇの酸化を抑制しようとする他の成分が存在しているため、低級炭の燃焼から出る水銀放出物は、酸化されない傾向にある。塩素は、煙道ガス中の水銀の酸化を容易にする。低級炭の塩素レベルは低いので、低級炭から出る煙道ガスにおける元素水銀のレベルは相対的に高くなる。特に、石炭燃焼発電装置で低級炭が燃焼される場合に、煙道ガス中の元素水銀のレベルの低下は、長年にわたり要求されてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃焼装置における石炭の燃焼による煙道ガス中の放出物を削減するための方法として具現化されてもよく、方法は、燃焼装置の一次燃焼ゾーンで石炭を燃焼させる過程と；燃焼から出る元素水銀を煙道ガス中に放出する過程と；煙道ガス中にＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉを噴射する過程と；噴射された添加剤からのハロゲン（塩素、臭素又はヨウ素）によって元素水銀を酸化する過程と；石炭の燃焼により生成された酸化水銀を、煙道ガス中の吸着剤によって吸着する過程と；燃焼廃棄物処理システムで、吸着剤を酸化水銀と共に回収する過程とを含む。
【０００９】
更に、本発明は、燃焼システムにおける石炭の燃焼から出る気体放出物の中の水銀を削減するための方法として具現化されてもよく、方法は、燃焼により生成される煙道ガスの中に元素水銀（Ｈｇ０）が放出されるように、燃焼システムの一次燃焼ゾーンで石炭を燃焼させることと；燃焼空気の一部を一次燃焼ゾーンに添加し、且つ燃焼空気の第２の部分を一次燃焼ゾーンの下流側のオーバーファイア空気ゾーンに添加することにより、燃焼システムに供給される燃焼空気をステージングすることと；石炭の燃焼により生成されるフライアッシュの中に活性炭を形成するように、一次燃焼ゾーンにおける理論混合比を１．１以下に維持することと；煙道ガス中にＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉを噴射することにより、元素水銀を酸化して、酸化水銀（Ｈｇ＋２）を生成することと；煙道ガス中の酸化水銀をフライアッシュ中の活性炭により吸着することと；燃焼廃棄物処理システムで、フライアッシュを吸着された水銀と共に回収することとから成る。
【００１０】
更に、本発明は、石炭燃焼炉から出る煙道ガス放出物の中の水銀を処理するためのシステムとして具現化されてもよく、システムは、燃焼中に生成される煙道ガス及びフライアッシュを流通させるための下流側流路を有し、且つ燃焼空気を受入れる一次燃焼ゾーンと；一次燃焼ゾーンの中へ石炭を噴射するための石炭噴射器と；石炭の燃焼により生成されるフライアッシュの中に活性炭を形成するために、一次燃焼ゾーンにおける理論混合比が１．１以下になるように、一次燃焼ゾーンの中へ燃焼酸素を導入するための空気噴射器と；一次燃焼ゾーンの下流側にあり、下流側流路に含まれ、燃焼空気が噴射されるオーバーファイア空気バーンアウトゾーンと；一次燃焼ゾーンの下流側にあるＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉ噴射器と；煙道ガス出口及び捕捉された微粒子廃棄物の排出口に結合された燃焼廃棄物処理システムとを具備し、前記一次燃焼ゾーンは石炭を燃焼させ、煙道ガス中に放出された元素水銀は、水銀を酸化するために噴射される添加剤と反応する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
石炭燃焼発電装置で利用可能である水銀制御技術は、煙道ガスから元素水銀を除去することより、煙道ガスから酸化水銀を除去することに対して、より大きな効果を示す傾向にある。例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉなどの酸化ハロゲン添加剤を煙道ガスの中へ噴射することにより、煙道ガス中で酸化される水銀の割合を増加させるための技術が開発されている。ハロゲン添加剤は、酸化水銀の割合を増加させることにより、活性炭の噴射、湿式スクラバー及び他の水銀制御技術による水銀除去の量を増加させる。ハロゲン添加剤を噴射することにより、同時に、ＮＯｘの放出も削減される。これは、窒素の酸化物が分子窒素に還元されるためである。
【００１２】
水銀を酸化する上で、煙道ガス中に塩素を含有する化合物が存在していることは、重要な要素である。塩素は、水銀を酸化するハロゲンである。低級炭の塩素含有量は、例えば、１００ｐｐｍと少なく、アルカリ金属の含有量は多い。それらのアルカリ金属は、低級炭から発生する煙道ガスの中の塩素と反応し、塩素を除去しようとする。低級炭の燃焼中、煙道ガス中の塩素が不足するために、水銀の酸化は抑制される。低級炭の煙道ガスに塩素を添加すれば、元素水銀の酸化は促進されるはずである。
【００１３】
その他にも、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）を含有するハロゲンがあり、それらのハロゲンは水銀を酸化して、ＨｇＢｒ２及びＨｇＩ２をそれぞれ形成する。石炭の臭素含有量及びヨウ素含有量は非常に少ないため、それらのハロゲンが存在していたとしても、煙道ガス中の水銀の酸化にはごくわずかしか寄与しない。しかし、低級炭の煙道ガスに臭素又はヨウ素を添加すれば、水銀の酸化は改善されるはずである。
【００１４】
煙道ガス、特に低級炭から発生する煙道ガスの中に塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉを噴射することにより、水銀の除去を著しく改善できることが判明した。高温の煙道ガスは、添加剤を熱分解して、ＨＣｌ、ＨＢｒ又はＨＩを形成する。その結果、水銀の酸化は大幅に促進される。水銀の酸化が増加すると、活性炭（ＡＣ）の噴射、湿式煙道ガス脱硫（ＦＧＤ）システム及び他の水銀制御技術による水銀除去の効率を向上させることができる。
【００１５】
噴射される添加剤は、更に、選択接触還元（ＳＣＲ）プロセス及び／又は選択非接触還元（ＳＮＣＲ）プロセスにおけるＮＯｘの放出を減少させる。特に、１，６００°Ｆ（華氏）〜２，３００°Ｆの煙道ガス温度で、ＮＯｘ及びＯ２を含有する煙道ガスの中へ、窒素剤（Ｎ剤）と共に添加剤を噴射した場合に、ＮＯｘ削減の効果が得られる。また、特に、添加剤がＳＣＲ装置の前でＮ剤と共に噴射される場合、添加剤の噴射により元素水銀が酸化され、ＳＣＲプロセスの性能を向上させることができる。
【００１６】
図１は、石炭燃焼発電装置１０を示す。発電装置１０は、ボイラなどの石炭燃焼炉１２を具備する。石炭燃焼炉１２は、石炭燃料噴射システム１４と、複数の一次空気噴射器１６と、複数の再燃焼石炭噴射器１８と、複数のオーバーファイア空気（ＯＦＡ）噴射器２０とを有する。例えば、周囲空気などの空気供給源２４により供給される空気を一次燃焼空気噴射器１６及びオーバーファイア空気噴射器２０に配分するために、外部空気導管２２が設けられてもよい。石炭噴射システム１４及び燃焼空気噴射器１６は、低ＮＯｘバーナ（ＬＮＢ）システムに含まれる。
【００１７】
石炭燃焼炉１２を通る高温ガス経路は、一次燃焼ゾーン２６と、再燃焼ゾーン２８と、オーバーファイア空気ゾーン２９と、対流パス３０とを含む。発電装置１０は、微粒子制御装置（ＰＣＤ）３２と、フライアッシュ回収装置３４とを更に含む。石炭の大部分は、ボイラ１２の一次燃焼ゾーン２６で燃焼される。残る石炭（又は燃料）は、再燃焼噴射器１８を経て下流の再燃焼ゾーン２８の中へ噴射され、再燃焼ゾーン２８において燃料濃厚燃焼を発生させる。燃焼を完了させるために、オーバーファイア空気（ＯＦＡ）はＯＦＡバーンアウトゾーン２９内へ噴射される。高温の煙道ガスは、ボイラの燃焼後ゾーン３１を通過して、伝導パス３０に至る。ガス放出物は、最終的には、煙突３３を経て排出される。
【００１８】
例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、ＮＨ４Ｂｒ又はＮＨ４Ｉなどのハロゲン添加剤は、ノズル３８により、水溶液３６として煙道ガス中に噴射される。ハロゲンは、煙道ガス中の元素水銀の酸化を容易にする。噴射は、一次燃焼ゾーン２６の下流側で、例えば、１，６００°Ｆ〜２，３００°Ｆの煙道ガス温度で実行される。煙道ガス経路における添加剤水溶液の浸透を増進し、添加剤水溶液と煙道ガスの混合を改善するために、ハロゲン添加剤は、空気、再循環煙道ガス、窒素又は別のキャリアガスと共に噴射されることが可能である。ＮＯｘ削減の効率を高めるために、ハロゲン添加剤は、任意に、（ＳＮＣＲプロセスで）アンモニア、尿素又は別のＮ剤溶液４２に添加されることが可能である。ＳＮＣＲプロセスは、ＮＯｘ放出を削減するために、アンモニア、尿素又は別のＮ剤溶液が煙道ガス中に噴射される選択非接触還元プロセスである。
【００１９】
図２は、第２の石炭燃焼発電装置４４を概略的に示す。第１の発電装置１０と共通する、第２の発電装置の構成要素は、図１と同一の図中符号を使用して示される。第２の発電装置４４では、ハロゲンを含有する添加剤は、ＮＨ４Ｃｌの水溶液３６である。水溶液３６は、ノズル４６を経て、ＯＦＡ２０と共にボイラのバーンアウトゾーン２９の中へ噴射される。第１の発電装置の場合と同様に、第２の発電装置４４のボイラ１２に、ＯＦＡ２０及び／又は再燃焼システム１８を組み込んで、改造することが可能である。添加剤は、ＯＦＡ装置と共に又はＯＦＡ装置の下流側等、一次燃焼ゾーンの下流側で別個に噴射されることが可能である。また、ＮＯｘ削減の効率を高めるために、ハロゲン添加剤に、アンモニア、尿素又は他のＮ剤の溶液４２を添加すること（ＳＮＣＲプロセス）も可能である。
【００２０】
図３は、第３の石炭燃焼発電装置４８を示す。第１の発電装置１０と共通する、第３の発電装置の構成要素は、図１と同一の図中符号を使用して示される。第３の発電装置４８では、ハロゲンを含有する添加剤は、ＮＨ４Ｃｌの水溶液３６である。添加剤は、ノズル５０を介して、選択接触還元（ＳＣＲ）装置５２の上流側で、ボイラの伝導パス３０の中へ噴射される。ＳＣＲ装置は、煙道ガスにさらされる触媒の表面に向けて、アンモニア又は尿素などの窒素還元剤（以下、Ｎ剤と呼ぶ）を噴射することにより、ＮＯｘの放出を最小限にするために従来から使用されている。通常、ＳＣＲ装置は、煙道ガスの温度が約７００°Ｆになる伝導パス３０の中に配置される。ＳＣＲは、８０％のＮＯｘ削減を比較的容易に実現できる。第１の発電装置の場合と同様に、第３の発電装置４８のボイラ１２に、ＯＦＡ２０及び再燃焼システム１８を組み込んで、改造することが可能である。ＮＯｘ削減の効率を高めるために、アンモニア、尿素又は他のＮ剤の溶液を添加剤に添加すること（ＳＮＣＲプロセス）が可能である。
【００２１】
ボイラの一次燃焼ゾーンの下流側におけるＮＨ４Ｃｌ（ハロゲンを含有する添加剤）の噴射を評価するために、１．０ＭＭＢＴＵ／ｈｒのボイラシミュレータ設備（Boiler Simulator Facility、以下、ＢＳＦと略す）で試験を実施し、ＮＨ４Ｃｌの噴射がＨｇの酸化及びＮＯｘの除去に及ぼす影響を判定した。ＢＳＦは、米国特許第６，２８０，６９５号で説明されている。
【００２２】
試験は、空気ステージングを伴う場合と、伴わない場合について、例えば、ＯＦＡを使用する場合と、使用しない場合について実施された。空気ステージングを伴わない試験では、一次燃焼ゾーン２６における理論混合比（ＳＲ１）は、１．１６であった。これは、ＢＳＦ放出物吐き出し口における煙道ガス中で、空気が約３％過剰である状態に相当する。理論混合比は、Ｏ２及び燃料を完全に消費させる結果をもたらすようなＯ２濃度と、燃料濃度の比として定義される。空気ステージングを伴わずに石炭を燃焼させると、約８８０百万分率（ｐｐｍ）のＮＯｘが生成された。ＢＳＦ試験では、ＮＨ４Ｃｌは０．６の窒素理論比（ＮＳＲ）で水溶液として噴射された。窒素理論比は、ＮＨ４Ｃｌ噴射の場所におけるＮＨ４Ｃｌ濃度と、煙道ガス中のＮＯ濃度の比として定義される。
【００２３】
図４は、ＮＨ４Ｃｌ添加剤の噴射が水銀の酸化及びＮＯｘの削減に及ぼす影響を示すグラフである。図４で報告される試験の間、ＢＳＦプラントは空気ステージングを伴っていなかった。図４に示される試験結果は、ＮＨ４Ｃｌ添加剤が添加されなかった場合（５６）、ＮＨ４Ｃｌ添加剤が１，７００°Ｆの煙道ガス温度で添加された場合（５８）、及びＮＨ４Ｃｌ添加剤が１，８５０°Ｆの煙道ガス温度で添加された場合（６０）に対応する。図４は、煙道ガス中の総水銀量に対する元素水銀の割合（％）と、ＮＨ４Ｃｌ噴射によるＮＯｘ削減の割合（％）とを示す。ＮＨ４Ｃｌが噴射されない場合、煙道ガス中の元素水銀の濃度は総水銀量の約６０％であった。ＮＨ４Ｃｌが噴射されない場合、ＮＯｘの削減は認められなかった。１，７００°Ｆの煙道ガス温度でＮＨ４Ｃｌ添加剤を噴射すると、その結果、ＮＯｘは約３０％削減され、元素水銀（Ｈｇ０）の濃度は、総水銀量の６０％から約３０％に減少した。これは、添加剤が水銀の一部を酸化したことを示す。１，８５０°ＦでＮＨ４Ｃｌ添加剤を噴射すると、その結果、水銀の酸化は更に著しくなったが、ＮＯｘの削減はわずかに減少した。
【００２４】
図５は、ＢＳＦプラントが、空気ステージングを伴って運転される間に実施された試験を示すグラフである。それらの試験では、ＳＲ１は０．７、ＳＲ２は１．１６であった。ＳＲ１は、一次燃焼ゾーンにおける理論混合比である。ＳＲ２は、オーバーファイア空気噴射ゾーンにおける理論混合比である。オーバーファイア空気は、２，２００°Ｆの煙道ガス温度で噴射された。ＮＨ４Ｃｌは水溶液として噴射され、そのときの煙道ガス温度は１，８００°Ｆであった。ＮＨ４Ｃｌにより供給される煙道ガス中の塩素の量は、１２０ｐｐｍであり、ＮＳＲは、１．５であった。図５は、ＮＨ４Ｃｌ添加剤の噴射がＮＯｘの削減及び元素水銀の濃度の低下に及ぼす影響を示す。図５に提示される試験結果６２、６４は、燃焼空気のステージングを実行しない場合と比較して、ステージングがＮＯｘの放出を約８０％削減したことを実証している。ステージングを伴うＮＨ４Ｃｌ添加剤の噴射（６４）により、ＮＯｘ削減の効率は、（ＮＨ４Ｃｌを添加しない場合（６２）と比較して）更に７％向上した。また、煙道ガス中の総水銀量のうちの元素水銀（Ｈｇ０）の割合は、約４０％から約２０％に減少した。図４及び図５に示されるＢＳＦ試験の結果は、１，７００°Ｆ〜１，８５０°Ｆの煙道ガス温度でＮＨ４Ｃｌを噴射することにより、ＮＯｘの放出が削減され、また、煙道ガス中の元素水銀の濃度が低下することを実証している。
【００２５】
ＮＨ４ＣｌがＮＯｘの削減及びＨｇの酸化に及ぼす影響を予測するために、コンピュータシミュレーションプロセスモデルが開発された。このプロセスモデルは、米国特許第６，２８０，６９５号で説明されている。
【００２６】
図６は、ＮＨ４Ｃｌの流れに対する試薬と煙道ガスの混合（いわゆる逆混合）を説明するために使用されるコンピュータモデルを示す。モデルは、瞬時ではなく、ある長さの時間（混合時間）にわたり反応に導入されるガスの噴射を扱った。図６は、連続する２つのプラグ流れ反応器Ｒ１（７２）及びＲ２（７４）として、反応系を扱うプロセスモデル７０を概略的に示す。各反応器は、ボイラで起こる物理的プロセス及び化学的プロセスのうちの１つを記述する。それらのプロセスとは、ＮＨ４Ｃｌの添加、Ｎ剤によるＮＯｘの削減、及び塩素成分による水銀の酸化である。第１の反応器Ｒ１は、逆混合のモデルを使用して、煙道ガスとＮＨ４Ｃｌの混合を記述する。Ｒ１に入る混合物は、ＮＨ４Ｃｌから構成されていた。煙道ガスは、１２０ｍｓの期間にわたり一定の流量でＮＨ４Ｃｌに添加された。Ｒ１に添加された煙道ガスは、ＯＦＡを伴う典型的なボイラにおけるＯＦＡゾーンから流出する生成物に相当する。第２の反応器Ｒ２は、バーンアウトゾーンにおける反応を記述する。
【００２７】
モデルの混合領域Ｒ１における混合時間及び温度プロファイルは、直交流モデルにおいて単一のジェットを使用して推定された。混合時間は、直交流からジェット内への流体の同伴流量を評価することにより判定された。ＮＨ４Ｃｌジェットの場合、混合時間は１１０ｍｓ（ミリ秒）〜１２０ｍｓであると推定された。１２０ｍｓ±２０ｍｓの範囲内の混合時間の変動は、モデル化結果にほとんど影響を及ぼさなかった。図７及び図８に示されるモデル化結果におけるＮＨ４Ｃｌの噴射には、１２０ｍｓの混合時間が使用された。
【００２８】
モデル化された煙道ガスにおけるＮＯの初期量は５００ｐｐｍであった。噴射後の煙道ガス中のＮＨ４Ｃｌの濃度は５００ｐｐｍであった。これは、１．０のＮＳＲに相当する。煙道ガスの温度は、毎秒華氏５５０度（５５０Ｆ／ｓ）の直線的な割合で低下した。±５０°Ｆの範囲内の温度勾配の変動は、モデル化予測にほとんど影響を及ぼさなかった。
【００２９】
図７は、ＮＨ４Ｃｌの噴射がＮＯｘの削減に及ぼすと予測される温度の面での影響を示すモデル化の結果のグラフである。図７は、１，６００°Ｆ〜２，３００°Ｆの温度範囲でＮＨ４Ｃｌを噴射することにより、ＮＯｘの放出は削減されることを示す。ＮＯｘ削減のモデル化に従えば、最適範囲は１，７５０°Ｆ〜１，９５０°Ｆである。予測される最大限のＮＯｘ削減は、約７３％であり、その場合のＮＳＲは１．０である。
【００３０】
図８は、ＮＨ４Ｃｌの噴射が、煙道ガス中の水銀に及ぼすと予測される影響を示す。ＮＨ４Ｃｌは、煙道ガス中に５００ｐｐｍのＮＨ４Ｃｌの噴霧を噴射することが水銀の種分化に及ぼすと予測される影響を示す。煙道ガス中の水銀の総水銀濃度は１０ｐｐｂｖであった。ＮＨ４Ｃｌの噴射前、全ての水銀は元素形態（Ｈｇ０）で存在していると想定した。モデル化の結果、ＮＨ４Ｃｌの噴射によって、気相の塩素成分によりＨｇ０の約１２％が酸化されると予測された。石炭燃焼中の水銀の酸化は、フライアッシュ中に存在する鉱物により触媒反応を受ける可能性がある。その異質なプロセスのメカニズムは十分に理解されておらず、モデル化に際しては考慮されなかった。従って、煙道ガス中で酸化される水銀の量は、モデルにより予測される量より、かなり多くなると考えられる。
【００３１】
塩素及び臭素が水銀の酸化に及ぼす影響を予測するために、均衡モデルが使用された。均衡モデル化は、指定される温度及び圧力において最も安定した生成物の組成を予測し、それにより、水銀含有種の転換に関する優勢な方向を示す。
【００３２】
図９は、典型的なＰＲＢ石炭の燃焼から発生する煙道ガス中の酸化水銀の濃度に対して塩素及び臭素が及ぼすと予測される影響を示す。酸化水銀の濃度は、煙道ガス中の総水銀のうちの割合（％）として示される。均衡モデル化は、添加剤が使用されない場合、７００°Ｆを超える温度で、全ての水銀は元素形態で存在していると予測した。温度が低下するにつれて、石炭燃焼中に石炭から煙道ガスの中へ放出される塩素又は臭素により、水銀は酸化される。
【００３３】
モデル化は、３ｐｐｍの量の塩素又は臭素を噴射すると、その結果、水銀は、より高い温度で酸化されると予測する。また、モデル化は、臭素が塩素より有効な酸化剤であると予測する。モデルは、煙道ガス中に存在する臭素がわずか０．３ｐｐｍであっても、３ｐｐｍの塩素とほぼ同一の効果が得られると予測した。
【００３４】
平衡計算は、塩素を含有する化合物及び臭素を含有する化合物が水銀酸化剤であると予測する。更に、モデル化は、臭素を含有する化合物が、塩素を含有する化合物より強力な酸化剤であると予測する。ヨウ素を含有する化合物も、強力な水銀酸化添加剤であると考えられる。
【００３５】
現在の時点で最も実用的で、好ましい実施例であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は開示される実施例に限定されてはならないことを理解すべきであり、特許請求の範囲に示される図中符号は、発明の範囲を狭めようとするのではなく、発明の理解を容易にすることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】下流側に添加剤噴射システムを具備する一次燃焼ゾーンを有する石炭燃焼発電装置の概略図。
【図２】図１に示される発電装置に類似しているが、添加剤の噴射がオーバーファイア空気（ＯＦＡ）システムと協働して実行される石炭燃焼発電装置の概略図。
【図３】図１に示される発電装置に類似しているが、添加剤の噴射が発電装置の伝導パスで実行され、伝導パスが選択接触還元（ＳＣＲ）システムを更に含むような石炭燃焼発電装置の概略図。
【図４】異なる煙道ガス温度でＮＨ４Ｃｌの噴射によって起こる、水銀及びＮＯｘの放出に対する影響を示すグラフ。
【図５】空気ステージング及びＮＨ４Ｃｌの噴射によって起こる、ＮＯｘ及びＨｇの放出に対する影響を示すグラフ。
【図６】ＮＨ４Ｃｌの噴射による煙道ガスの反応を予測するためのコンピュータモデルの概略図。
【図７】ＮＨ４Ｃｌの噴射により起こると予測されるＮＯｘの削減を示すグラフ。
【図８】ＮＨ４Ｃｌの噴射が煙道ガス中の元素水銀及び酸化水銀に及ぼすと予測される影響を示すグラフ。
【図９】塩素含有種及び臭素含有種が水銀の酸化に及ぼすと予測される影響を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３７】
１０…石炭燃焼発電装置、１２…石炭燃焼炉（ボイラ）、１４…石炭燃料噴射システム、１６…一次空気噴射器、１８…再燃焼石炭噴射器、２０…オーバーファイア空気（ＯＦＡ）噴射器、２６…一次燃焼ゾーン、２８…再燃焼ゾーン、２９…オーバーファイア空気ゾーン、３０…伝導パス、３２…微粒子制御装置（ＰＣＤ）、３４…フライアッシュ回収装置、３６…添加剤水溶液、４４…第２の石炭燃焼発電装置、４８…第３の石炭燃焼発電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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